木星大約有90%的氫和10%的 氦(這是原子個數的比例，質量的比例則有75%/25%)，以及少量的甲烷、水、氨水和"巖石"。這樣的組成比例和形成整個太陽系的原始 太陽星云(Solar Nebula)組成非常接近。土星(Saturn) 則具有同樣類似的組成，但是天王星(Uranus)和海王星(Neptune)在氫和氦的含量上就少得多了。

位於核心位置的外層占了行星大半體積的部分，是以液態金屬氫(liquid metallic hydroquen)的形式存在，這種大部分常見的元素都具有的特殊型式，只會出現在超過四百萬巴(bars)的情況下(地表的大氣壓力約為一巴)，就像是在木星(以及土星)內部的情況。液態金屬氫包含了離子化的質子和電子(如同太陽內部的情況，只不過溫度較太陽內部為低)，在木星內部這樣溫度和壓力的狀況下，氫并不是氣態而是液態，它成為電的導體，同時也成為木星磁場的來源。這一層同時可能具有一些氦以及少量種類的"冰"。

木星的最外層主要是由一般的氫分子及氦分子所組成，外層氣態的物質包圍住液態的內部。而我們所看到的木星大氣則只是木星巨厚大氣層上最頂層的部分。大氣中僅僅只有非常小部分的水、二氧化碳、甲烷以及一些簡單的氣體分子。 最 近的實驗顯示，氫的狀態并不會有突然的變化，因此推測在類木行星內部不同的分層之間，可能沒有明確的界線存在。 相 信木星表面存在著三層不同的云層，包含氨冰、氫硫化銨以及水和冰的混合物。然而來自伽利略號探針觀測的初步結果 僅僅對云層提出了不明確的指示(其中一項裝備似乎有探測到最頂層的部分，另一項裝備則可以探測到第二層)。但是觀測探針的進入點(左圖)狀況并不尋常，根據地球表面天文望遠鏡的觀測結果以及由伽利略軌道者號最近的 觀測結果顯示，觀測探針進入位置可能是木星當時最溫暖以及云量最少的區域。 來 自伽利略大氣圈觀測探針的資料顯示，木星上水的含量似乎遠低於預期。原先預期木星的大氣圈應該具有氧氣的含量(以期與大量的氫結合成水)是太陽的二倍，但是目前顯示氧氣實際的含量卻遠低於太陽。此外大氣圈最上層部分的高溫及高密度也讓人感到非常驚訝。

木 星云層所具有這些醒目的顏色，可能肇因於木星大氣圈中一些微量元素的化學反應所造成，這其中可能包括了硫元素在內，這是因為硫化合物有著多變的顏色之緣故，只不過細節的部分我們仍然不清楚。 這 些云層的顏色同時與云層所在的位置相關：藍色是在最低的地方，接著是棕色和白色，最高的地方則是紅色。有時候我們可以藉由上層大氣的破洞直接看到較低一層的大氣。

目前所有關於木星(以及其他氣態行星)內部的相關知識，大多還停留在間接觀測或是猜想的階段。(來自伽利略號 的大氣探針觀測資料也不過深入云層頂端之下僅僅150km的深度而已。)